无人机遥感技术在水土保持监测中的应用策略研究

李佳佳 朱宏慧

水发规划设计有限公司 山东 济南 250102

引言

开展生产建设项目水土保持监测，是生产建设单位应当履行的一项法定义务，是生产建设单位及时定量掌握水土流失及防治状况、对项目建设造成的水土流失进行过程控制的重要基础，也是各流域管理机构和地方各级水行政主管部门开展生产建设项目水土保持跟踪检查、验收核查等监管工作的依据和支撑。通过对调查和观测的结果进行分析，可以系统的布设各项水土保持措施，这对水土流失综合治理具有重要的意义。水土保持监测工作是针对性地进行水土流失治理的关键，收集到的关于水土流失相关信息以及数据是否准确，决定着水土流失治理工作是否能顺利开展。无人机遥感技术具有快速、宏观、动态的显著特点，将无人机遥感技术应用到水土保持监测工作中，可实现精准化监测以及实时动态监测。

1 无人机遥感技术在水土保持监测工作中的优势

近些年，科学技术的飞速发展优化了多种技术措施，如无人机遥感技术就在多个领域释放出自身的强大功能，为水土保持监测工作的开展提供了可靠条件。现阶段很多水土保持专业从业者将无人机遥感技术运用到了水土保持领域中，包括水土保持方案的编制、水土保持监测、水土保持监管、水土保持设施验收等。在水土保持监测工作中，无人机遥感技术更是不可或缺的一门技术了。

1.1 无人机遥感技术以及水土保持监测的概念

水土保持监测是指为了确保土壤和水资源的可持续利用，通过监测和评估水土流失、土壤侵蚀、水土污染等方面的情况，提供可行的保护和治理措施，从而保护生态环境和农业可持续发展的作业[1]。将其和遥感技术相结合，遥感监测技术可以提供数据和影像，以精确、客观、全面的方式监测地表植被覆盖度和地表覆盖情况等方面的情况。这些数据和影像可以被数字化、空间化和定量化，以提供准确的空间分布、变化和趋势，并可作为判断水土侵蚀、评估水土流失、制定土地利用和生态环境保护政策的依据。无人机遥感技术是一种利用无人机平台，搭载多光谱、高光谱、激光雷达等遥感传感器，进行高效率无死角的地面健康监测的技术。具有高精度、高分辨率、高效率地获取地面数据功能。所以实际作业环节，将无人机遥感技术运用到水土保持监测工作中使其发挥出应有的价值，具有重要的意义。

1.2 无人机遥感技术应用在水土保持监测工作中的优势

1.2.1 使用无人机遥感技术进行监测可提高监测的完整性。传统的监测方法，如调查监测、巡查监测及地面观测等，主要是人工现场调查，再加上一些不可抗因素的影响，如复杂的地形、特殊的区域等，导致无法调查到完整的情况。而无人机小巧的身躯，无论多复杂的地形都可以轻松收集到影像资料，保证了监测的完整性。

1.2.2 使用无人机遥感技术进行监测可提高监测的准确性。传统的人工监测是利用比较简单的测量工具和定位工具得到数据，再结合相关资料进行估测，得到的数据受主观因素影响较大。卫星遥感技术虽然也应用到了水土保持监测工作中，但其监测精度低、存在云层遮挡等，也影响了监测数据的准确性。而无人机遥感技术获得的数据是特定时间的高精度数据，准确性远远高于人工监测和卫星遥感技术。

1.2.3 使用无人机遥感技术进行监测可提高监测的效率。传统的人工监测完全依靠监测人员一步一步的走，一个点位一个点位的调查，而无人机设备具有技术优势，其监测的速度快，可以快速地对大范围的水土状况进行监测，实现信息的收集[2]，且得到的资料是即时可见的，若不符合要求，可立即重新监测，大大提高了监测工作的效率。

1.2.4 使用无人机遥感技术进行监测还可节省成本。传统的人工调查方法，对于稍大型的工程需多名监测人员，有记录人员、测量人员等，费时费力。而使用无人机遥感技术只需要1～2名操作人员就可完成监测工作。有研究人员发现，无人机遥感技术进行监测比传统的人工监测效率提高了3～5倍。并且节省了大量的人力成本，提升了监测工作的整体效益。

综上所述，将无人机遥感技术应用到水土保持监测中，具有明显的优势，其可以全面、准确、及时地动态反映水土流失与防治情况，并且使用方便、易操作，节省人力成本。

2 水土保持环节无人机遥感技术应用存在的问题

虽然在水土保持监测中无人机遥感技术大大提高监测的准确性、完整性，还能提高监测效率，节省监测成本。但仍存在一些问题。首先是相关规程和标准的欠缺，现阶段的无人机遥感在水土保持领域的应用缺乏相关的技术规程和质量标准，监测人员在使用无人机遥感技术进行监测之时往往是根据自身的过往经验进行作业，导致监测的成果质量存在差异。其次是操作人员技术水平参差不齐，无人机遥感技术虽然在信息收集环节的技术性不强，但是需要结合信息技术以及计算机技术进行作业，后续的数据分析需要较强的技术。现阶段部分从业人员存在技术水平不够的问题，很大程度上制约着监测工作的顺利进行。第三，无人机操作人员的培训和管理体系不够健全，存在部分无人机操作人员无证上岗的情况，这就导致操作人员素质差异大，可能会对公共安全等方面带来一定的隐患。第四，对无人机进行水土保持监测专业化的关键技术有待突破。现阶段的无人机遥感技术虽然精准度较高，但依旧存在一些难点尚未突破，一定程度上影响监测的效率以及质量[3]；第五，空间精度问题：遥感技术获取的数据或影像在结果上具有自身精度和误差。这可能导致数据的出现偏差、噪声和不同的分布，这可能会影响定量分析和监测精度。由于遥感主要功能是成像。所以其分辨率可能不够高，不能捕捉到细小的地物特征，错误的数字化可能会导致错误的结果。而且遥感技术获取的数据或影像在结果上具有自身精度和误差。这可能导致数据的出现偏差、噪声和不同的分布，这可能会影响定量分析和监测精度。再加上遥感技术需要在影像获取、预处理和地物分类等过程中考虑数据质量。如果数据质量不好，会对结果的准确性和可信度造成影响。此外，无人机的电池续航短、飞行半径小、通信导航系统受地形影响大、摄影测量精度有待提高、后期数据处理软件缺乏等问题都制约着无人机遥感技术在水土保持监测领域中的大力推广，而且由于水土保持监测所需的数据种类繁多，数据融合技术在数据整合方面面临着挑战，也需要进行多学科、多领域的研究，以达到较好的整合效果。这需要相关人员加强对技术的突破，促使水土保持监测工作稳定开展。

3 无人机遥感技术在水土保持监测工作中的具体应用策略

无人机遥感技术的应用价值明显，在多个领域展示出自身优势。依照水土保持监测工作的实际需要，就需要相关人员针对当地的水土流失面积状况，水土流失产生原因、流失发生后的影响面积、危害以及措施效果等进行信息收集，方便后续作业的开展。

3.1 监测工作开始前的准备

水土保持监测工作开始前，相关人员需要结合前期资料收集的数据建立起无人机航拍的监测体系。首先要在结合当地的实际状况后合理地进行规划，确定航拍范围，确定当地的飞行条件以及气候状况，并在此基础上确定飞行路线、飞行方向以及飞行高度。其次需对地面控制点进行合理的布置，由于水土保持监测工作对精准度具有一定的要求，所以在实际作业环节需要对地面控制点进行校正，使精准度达到要求。为尽可能地保证信息的全面收集，点位的布设还需要坚持均匀分布的原则[4]。

对水土保持区域状况进行全面了解后，作业人员就需要结合相关数据进行方案的制定，要求专业的技术人员根据当地的实际地质状况确定水土保持的现状，并且综合分析水土保持成果，在此基础上确定监测方案，保证水土保持监测工作的落实。

3.2 在监测过程中的应用

除降雨和风力等资料，需要通过监测范围内或附近条件类似的气象站、水文站进行收集，地形地貌状况、地表组成物质、植被状况、地表扰动情况和水土流失防治责任范围、地表扰动情况在监测时均可使用无人机遥感监测为主结合人工实地调查的方式进行。

对于水土流失状况的监测，作业人员需要借助无人机搭载遥感设备实现遥感测量，从而借助遥感技术的先进性收集相关区域的水土流失数据、土壤的植被覆盖面积状况以及当地的土地类型等数据，并获得土壤流失量、强度等数据[5]；最后是水土流失防治效果监测，需要对土壤流失控制比、林草植被恢复率及覆盖率等指标进行监督。

对于水土保持措施的落实程度以及效果的监测，依据DOM成果获取区域内的水土保护措施情况，并且将成果应用到确定各项工程措施、植物措施、临时措施中，及时地发现各项措施的布设是否存在的隐患并进行相应的调整。实际作业环节，一旦检测到当地水土保持措施出现隐患或者是问题，就需要及时进行分析，判断隐患产生的原因，再根据原因制定解决方式，保证后续治理作业的落实。

3.3 数据处理

由于无人机遥感技术收集到的信息总量较大而且类型较多，现阶段的信息处理一般采用Pix4Dmapper软件，并且在此基础上形成DOM以及DSM等成果，帮助后续作业的开展。而数据处理的流程主要有以下几个方面。

3.3.1 原始资料的准备。现阶段的原始资料主要包括无人机遥感技术收集到的影像资料以及控制数据等，相关人员在无人机收集到资料之后，需要对原始数据的准确性以及完整性进行检查，在确定资料的实用性之后将其作为后期处理的数据，并且对遥感监测环节收集到的不良数据进行剔除，尽可能地保证信息的真实性。

3.3.2 信息的提取作业。原始信息收集之后就是信息的提取作业，相关人员需要利用地理信息系统以及计算机结合DOM以及DSM等对研究区域的基本数据等资料进行提取。然后将这些数据进行整合建立起三维模型，这样就能够帮助监测人员对水土保持的作业状况进行了解，方便后续作业的进行[6]。

4 结束语

水土保持监测是水土保持工作的重要组成部分，是预防和治理水土流失的重要基础，相比较传统的监测方法，无人机遥感技术具有监测结果完整性更好、准确度更大、监测效率更高还可以节省成本等优点。但也存在一些问题，如相关规程和标准的欠缺、操作人员技术水平参差不齐、无人机操作人员的培训和管理体系不够健全、水土保持监测专业化的关键技术有待突破等。解决了这些问题，无人机遥感技术在水土保持监测工作中定能发挥更大、更有价值的作用。